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2021.03.01
学习教室

林唯耕教授详解:电动车的四种热管理方案

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電動車充電

 

目前的电动车热管理方案大致分成四种:气冷、液冷、直冷、相变化  材料冷却。

 

I.气冷(Air cooling)

    气冷是以低温空气为介质,利用热对流降低电池温度的一种散热方式,分为自然对流和强制对流。该技术利用自然的气流或风扇,配合汽车自带的蒸发器为电池降温,系统结构简单、便于维护,在早期的电动车应用广泛,如Nissan Leaf、Soul EV等,在目前的电动巴士、电动物流车中也被广泛采纳

 

II.液冷(liquid cooling)

      液冷是透过冷却液间接与电池作热交换,将电池产生的热量带走来降低电池温度。选择的液体(目前主流为乙二醇)热传导系数大、比热大,对降低最高温度、提升电池包均温性的效果显著,同时,热管理系统的体积也相对较小。液冷系统形式较为灵活:可将电池单体或模块沉浸在液体中,也可在电池模块间设置冷却通道,或在电池底部采用水冷板。电池与液体直接接触时,液体必须保证绝缘(如矿物油)避免短路。同时,液冷系统的气密性要求也较高。此外,就是机械强度、耐振动性、以及寿命要求。液冷是目前许多电动乘用车的优选方案,典型产品如BMW i3、Tesla、Chevrolet Volt。

 

III.直冷(direct cooling)

直冷是利用冷媒(R134等)蒸发潜热的原理,在整车或电池系统中建立空调系统,将空调系统的蒸发器安装在电池系统中,冷媒在蒸发器中蒸发并快速且高效地将电池系统的热量带走,完成对电池系统的热管理作业。    目前在电动车上通过直冷的热管理方案最典型的是BMW i3(i3有液冷、直冷两种冷却方案)。

 

 

IV.相变化材料(PCM - Phase Change Material)冷却

    相变化材料是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程,这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。以固-液相变化为例,在加热到熔化温度时,就产生从固态到液态的相变,熔化的过程中,相变材料吸收并储存大量的潜热,若应用在电池包可使内的温度大幅下降。常见的相变化材料有:石蜡类、高级脂肪酸类、聚烯烃、醇类…等。目前Gogoro便是将石蜡应用在自家电动机车的电池包吸热与均温。

 

 


林唯耕教授
 

作者

林唯耕教授

学历 | 美国马里兰大学博士
现职 | 国立清华大学工程与系统科学系,兼任教授
专长 | 电子组装散热、热管、环路式热管(CPL,LHP,PHP)、节能设计、太阳能储热与冷却、热流系统、电子元件之冷却、双相流、人造卫星及高空飞行物之热传元件

 

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